Sistemas de alivio de
presión
Los equipos que componen una planta de proceso
deben protegerse de sobrepresiones causadas por
circunstancias anormales.
Los elementos más comunes son
•Válvulas de seguridad y alivio: Válvulas que permanecen cerradas por
acción de un resorte. Cuando la presión a la entrada vence la fuerza del
resorte la válvula se abre descargando hacia un lugar seguro. Se calibran
para que abran a la presión de diseño del recipiente que protegen
•Discos de ruptura: Elemento fusible que se instala en una boca del
recipiente, calculado para que rompa a una presión algo menor que la
que soporta el recipiente
•Válvulas de presión y vacío. Para protección de tanques atmosféricos.
Poseen clapetas que abren a muy baja sobrepresión o vacío permitiendo
aliviar gases o admitir aire en el tanque
Elementos de protección contra
sobrepresiones
Discos de ruptura
Válvulas de seguridad y alivio
Válvulas de presión y vacío
Código ASME: Obligatorio en USA
Define algunos requerimientos de protección contra sobrepresiones

Presión de operación: es la presión normal de trabajo del equipo. La que se
obtiene del balance de masas

Presión de diseño: Todos los procesos pueden tener fluctuaciones
consideradas normales y para las que se desea que la planta continúe
operando. Suele fijarse como un cierto % de la presión de operación (Por
ejemplo 10% o 2 kg/cm2 , lo que sea mayor)

Presión máxima admisible de trabajo (maximum allowable working
pressure). La fija el diseñador mecánico. Puede ser algo mayor que la
presión de diseño debido a la utilización de espesores standard de chapa

Presión de prueba hidráulica: Por código= 1.3 x p. diseño
Diseño de un sistema de alivio de presiones
Etapas
 Determinación del caudal a aliviar
 Selección del tipo de dispositivo
 Cálculo del área de alivio
 Diseño del sistema de descarga a atmósfera
Determinación del caudal
a aliviar
Determinación del caudal a aliviar
Hipótesis de contingencia única:
Se deben analizar todas las hipótesis de
contingencia y elegir la más crítica. Se supone
que las contingencias no ocurren en forma
simultánea
Se excluyen las fallas latentes
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo
Aeroenfriadores: un caso complicado
Mucha superficie expuesta al fuego, pero en el caso de los
condensadores el volúmen líquido que contienen es pequeño.
En ciertos casos puede que ese líquido, totalmente vaporizado
sea un porcentaje pequeño del volumen de vapor del sistema.
API 521 no da ninguna recomendación, pero sugiere analizar:
 Considerar como superficie mojada solo la superficie sin aletas
 Para condensadores tomar el 30% como superficie mojada
 Considerar reemplazar 21000 por 12000 en la fórmula de Q
 Analizar instalar el equipo con pendiente para facilitar el
drenaje
 API 521 ed 2007: considerarlo como piping
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo

Una vez calculado el flujo de calor, se debe traducir en un caudal a aliviar
Si se trata de un fluido que se vaporiza W= Q/l

Líquidos: considerar la expansión térmica: gpm= B.Q/500.g.c


B= coef expansión cúbica por °F
Q= BTU/h
C= BTU/lb°F
g= grav específica
Fluido cerca del punto crítico
Aproximación: tomar l= 50 BTU/lb cerca del punto crítico
Determinación del caudal a aliviar
Caso de fuego externo

La evaporación del líquido contenido en el recipiente es lo que permite
evacuar el calor recibido

En el caso de los recipientes que no contienen líquido, la falla se produce
por alta temperatura del material. El único recurso es despresurizar el
equipo para reducir la presión a la que está sometido y enfriar con agua
externamente (recipientes con gas o fluidos supercríticos)
Despresurización: Típicamente reducir la presión un 50% en 15
minutos
Tener en cuenta la entrada de calor por el fuego, cambio de
densidad del vapor durante la despresurización y flasheo de
líquidos que pudieran estar en el sistema (usar módulo de Hysis)
Determinación del caudal a aliviar
Expansión térmica de líquidos confinados
(Ej tramos de cañerías que pueden quedar bloqueados llenos de
líquidos)
En general se pone una válvula de alivio de ¾” x 1”.
En grandes pipelines estimar la entrada de calor y calcular el
caudal a aliviar por dilatación térmica
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Limitadores de caudal (orificio de restricción)
Caudal a través de un orificio
A= área i2
D= densidad (lb/ft3)
líquidos W = 2 1 4 0 .K o .A . Δ p .D
W= lb/h
∆p= psi
Ko= coef de orificio
Limitadores de caudal (orificio de restricción)
Caudal a través de un orificio
Gases o vapores
R 
W =K o.A.λ. p 1 .D 1 =
12.K o.A.p1.λ
R .T
1544
M
k 1


2/k
k
 p2 
 k   p2 

  2406 







p
 k  1   p1 
 1 


k
 2  k-1
si p 2 < p 2crit = p 1 
usar p 2crit para el calculo de 

 k+ 1 
Limitadores de caudal (orificio de restricción)
Caudales a través de una válvula globo
(valores en lb/h)
Presión de
entrada(psig)
Tamaño
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
11
VAPOR
165
495
82.5
AIRE O N2
110
137.5
213
373
604
1420
2350
5170
1400
2460
3990
9390
15500
34100
3860
6760
11000
25800
42600
93800
1240
2170
3520
8290
13700
38600
1590
2780
4510
10600
17500
38600
∆p a través de la
válvula (psi)
½”
¾”
1”
1 ½”
2”
3”
55
21500
37600
61000
144000
237000
522000
AGUA
82.5
26300
46100
74700
176000
210000
639000
110
30300
53200
86300
203000
33500
73800
1940
3400
5510
13000
21400
47100
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Condiciones de proceso
Determinación del caudal a aliviar
Determinación del caudal a aliviar
Si fuera necesario modelar la rotura del tubo, el cálculo puede ser complejo. Se
debe analizar la capacidad de las cañerías que conducen el fluido de baja presión
para aliviar el caudal, teniendo en cuenta posibles efectos de vaporización,
aceleración de líquido etc
Determinación del caudal a aliviar

Explosiones:

No se pueden aliviar con válvulas de seguridad. Instalar discos
de ruptura, que aún no siempre son efectivos
En caso de ser posible, aumentar la presión de diseño.
Típicamente para hidrocarburos, la presión durante una
explosión aumenta 7 veces.
Si la explosión ocurre a presión atmosférica (ej flare KOD) llega
a 7 bar(a). Si se diseña el equipo a 4.5 bar(g) en la explosión
estaría por debajo de la presión de prueba hidráulica

Determinación del caudal a aliviar

Vaporización súbita

Ejemplo típico: Agua o hidrocarburos livianos en hot oil
Es muy dificil prever. Lo
mejor es cubrir con
procedimientos
operativos
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Determinación del caudal a aliviar